早在李贤被废时，三子李哲（显）被立为太子，高宗对此并不完全放心。永淳元年（公元682年），他提出立李哲刚满月的儿子重照为皇太孙，武后也同意了。弘道元年（公元683年）十二月某晚，高宗病笃，他召侍中裴炎进贞观殿，宣读遗诏：“用心辅佐太子，军国大事，委天后裁决。”当晚高宗驾崩，享年56岁。根据高宗遗诏，太子李显即皇帝位，是为中宗，尊61岁的武则天为皇太后，以太子妃韦氏为皇后。
中宗是位愚昧、荒唐的皇帝。当太子时，名声就很差，一门心思玩乐，好游猎，当时的宰相、太子属官薛元超曾多次规劝，但他本性不改。《旧唐书》说他是虽有贤臣也不能辅佐好的孱主，说他“志昏近习，心无远图，不知创业之难，惟取当前之乐”。武则天对立他当皇帝并不情愿。中宗嗣位后，次日即提拔皇后韦氏之父韦玄贞为豫州刺史。但韦后权欲极强，她不满足于当一个主持后宫的皇后，而要像婆母武则天那样执掌国政，因此她极力撺掇中宗将父亲调入朝中执政。中宗言听计从，便提出让韦玄贞任侍中，还要把奶娘的儿子授以五品官。受遗诏辅政的宰相裴炎对中宗的荒谬要求十分不解，认为韦玄贞无尺寸之功，已提拔为重要州郡之刺史，二日之内突然又提拔到宰相的高位，有悖制度。他苦苦谏劝，中宗竟大怒说：“朕就是把天下奉送给韦玄贞，又有什么不可，还吝惜一个侍中的职位吗？”
武则天得到裴炎密报，大为惊异，当下与裴炎商定，立即废黜中宗。嗣圣元年（公元684年）二月六日，皇太后突然决定，当天的朝日在乾元殿举行。此殿是商议朝廷要事之地和举办重大仪式的场所。当文武百官奉召来到乾元殿时，羽林军将军程务挺已率羽林军在宫内外警戒。
太后和中宗进殿后，中书令裴炎和中书侍郎刘酥当即出班，当众宣布皇太后懿旨：“中宗昏庸无德，不能为一国之主，废为庐陵王。”中宗抗声道：“我有何罪？”武太后大声斥责说：“你想把江山给韦玄贞，还说无罪！”中宗随即被带出殿软禁起来，接着裴炎继续宣布太后命令：废皇太孙重照为庶人，流韦玄贞到钦州（今广西钦州）。这样，中宗的44天皇帝生活便匆匆结束了。
次日，皇太后宣布改立第四子豫王李旦为皇帝，是为睿宗。李旦“谦恭孝友，好学，工草隶，尤爱文学训诂之学”，对政事素无兴趣。而且作为幼子，他也没有受到执政的训练，素无政事经验。于是，武则天毅然决定令皇帝居别殿，自己临轩问政，在乾元殿后的紫宸殿覆遮浅紫帐视朝。至此，武氏成为唐王朝名符其实的最高统治者。
为稳定亲政后的政局，武则天首先稳住权力中枢，她将一手提拔的中书侍郎刘酥任命为同中书门下三品，并以太常卿王德真为侍中，确保宰相群不出乱子。然后，她派左金吾将军、酷吏丘神胃鞍椭荩驻守前太子贤的住宅，以防李贤被人利用。丘神我坏桨椭荼惚屏罾钕妥陨薄Ｍ时，武则天对高宗时旧臣加以笼络利用。当时，已83岁高龄的西京留守刘仁轨曾上表辞职，并劝武太后以汉朝吕太后临朝任用外戚、为后代嗤笑的事作为教训，归政给睿宗。
武则天派侄儿武承嗣携带自己的亲笔信安慰刘仁轨，表示自己是暂代守丧的皇帝执政，并褒奖刘仁轨的耿直，劝他以匡救天下为怀，不要因年老而告退。刘仁轨极谏而被太后容纳，使大臣们逐渐安下心来。但在废黜中宗200多天后，一场由勋旧大臣的后代发动的叛乱就爆发了。武则天也没预料到这场风暴会来得这么快。叛乱是由李沃孙、承袭英国公爵位的李敬业（即徐敬业）发动的。李问翘拼开国功臣、三朝元老，唐代著名大将，原姓徐名世危赐姓李，因避李世民讳而去掉“世”字。李蜗院找簧恚然其孙子李敬业、李敬猷兄弟俩坐享高官厚禄，不思进取，毫无真才实学。嗣圣元年（公元684年）七月，分别担任地方刺史和县令的李敬业、李敬猷兄弟因贪污和赌博之罪被贬，他们纠集也因犯罪被贬的给事中唐之奇、长安县主簿骆宾王、太子詹事司直杜求仁、监察御史魏思温等人于扬州，“各自以失职怨望”。他们感到利用朝廷内外对武则天的不满情绪，可以进行政治投机。于是商议以匡复庐陵王李显为旗号，推李敬业为统帅，魏思温为军师，发动叛乱。宰相裴炎的外甥、监察御史薛仲璋也加入了进来。这年九月底，李敬业等人在扬州设立匡复府，拼凑了10万兵马，举扬、楚两州之兵，发动叛乱。这就是著名的“徐（李）敬业之乱”。
十月丁酉，武则天听到警报，便与大臣们商讨征伐大计。这时，由骆宾王起草的讨武檄文也传到京师。据史载，当这篇措词犀利的文字传到东都洛阳时，武则天读过后，对檄文中对她的恶毒攻击不予反驳，反而对骆宾王的才气大加赞赏，批评宰相们说：“多么优美的词句，文句之工堪称稀世之作。这样的优秀人才，竟落魄不遇，这是你们宰相的过错啊！”武则天在危急关头却大赞敌手的文笔，数落宰相们不能识人用人的过错，其镇定自若的气度使满朝文武汗颜，当然也镇住了不少在朝中想借机兴风作浪的人。十月六日，武则天命令左玉钤卫大将军李孝逸为扬州大都督统兵30万前去征讨。同时，又在朝廷内部肃清了那些要武则天放弃权力、还政于睿宗的大臣，处死了宰相裴炎、大将军程务挺等人。在扬州起兵的徐敬业，虽向邻近州县都发出檄文，响应者却寥寥无几。就连徐敬业的叔父、润州刺史李思文也断然拒绝其拉拢，率军拒守。在唐军的打击下，徐敬业坚持到十二月初，即全军覆没。徐敬业兄弟及其同党悉被诛杀。
平定叛乱后的新年，武则天下诏改元为垂拱元年（公元685年）。她召集君臣，向他们作了一次推心置腹的谈话。这位61岁的女人告诫群臣：“朕辅政先帝二十余年，一心为天下事操心尽劳，你们的爵位富贵，是朕给的；天下安乐，是朕治理的。先帝弃世，把社稷托付给朕。朕不敢爱惜自己的身体，只知道爱百姓。今天，反对朕的领头之人却都是将相，对朕的辜负何等深、何等快速啊。你们之中有受遗命的老臣、倔犟难制能超过裴炎的吗？你们中有将门的后代、可以纠合亡命之徒能超过徐敬业的吗？你们中间有掌握兵权的宿将、攻必胜战必克能超过程务挺的吗？他们都是人中豪杰，但敢于反对朕，朕一样能诛杀他们。你们中间有能超过他们三人的，就请你们早点步他们的后尘，来反叛朕吧。否则，你们就要很好地服从朕，为朕办事，不要做出让天下人笑话的事情来。”这一席话，是武则天向文武大臣敲响的警钟，对他们是一种威慑。
为了收取民心，取得臣民拥戴，同时也严格控制各级官员，武则天采取了一些政治改革举措。首先，她颁布《垂拱格》，严定官吏行为规范。其次，她下制令，允许内外九品各级官员和百姓贤能都可以到朝廷来自荐为官，以延揽人才。其三，她在朝堂外设立一种名叫“铜匦”的小箱子，鼓励天下官民人等都可以投书议政，揭发文武百官的不轨行为，同时可以根据官民的议政来体察民情。铜匦设在朝堂外的东、西、南、北四角。东面称“延恩”，让献赋颂、求仕进者投之，以配合颁布的自举令。南面的称“招谏”，让人们言朝政得失，相当于意见箱。西面称“伸冤”，让有冤枉者投之。北面的叫“通玄”，让言天象灾变以及军机密计者投之。其四，武则天颁布制诏，鼓励天下官民人等，都可上京告密言事。并规定凡有告密者，沿途都要提供驿马，供给五品的伙食。告密之人，即使是农民、樵夫，武则天都要召见，安排在客馆里宿食。即使所告不实，也概不问罪。
告密之风一开，一些奸诈小人便乘势而起，他们迎合了武则天政治斗争的需要，一时成为武则天迫害反对者的工具。在告密者中，出现了一批像索元礼、周兴、来俊臣、万国俊等酷吏，武则天让他们专门负责办理她下令特审的案件，即“制狱”。这些人便拿出其看家本领，任意罗织罪名，动用各种惨无人道的酷刑，比虎狼还可怕，迫害了不少无辜的官吏。
武周女皇武则天撇开无能的儿子，自己执掌朝纲，威慑群臣。但高压并没有使一些反对女人当权的正统人士屈服。垂拱二年（公元686年）九月，新丰县东南在一夜雷雨之后竟长出一座300尺高的山。江陵人俞文俊便趁机上奏说：“天气不和而寒暑混乱，人气不和则身上长出疣赘，地气不和而出现了这种长出高山的怪事。今陛下以女主处阳位，把刚柔颠倒了，才导致地气塞阻，出现这种山变之灾。”
可怕的是，武则天一手提拔起来的宰相刘酥对太后执政也很不满，私下说：“太后既然废昏君而立明主，就没必要临朝称制了。不如把政权交给皇帝（睿宗），以安天下之心。”武则天得知后非常气愤，对大臣们说：“刘酥是我从北门学士中起用为宰相的，如今他却背着我说这种话。”这时，有大臣告状说刘酥有受贿行为，并曾与许敬宗的小老婆私通。武则天派人带她的诏敕去审问他，不料刘酥竟傲慢地抗拒制使，对武则天的诏敕表示轻蔑。
武则天一气之下，逼令刘酥自尽。刘酥对武则天的背叛，使武则天在政治态度上发生了很大转变。她认为，文武大臣都是靠不住的，只要是她作为一个女子在位掌权，她就要面对源源不断的反对者。自此以后，武则天便通过扶植武后氏族来巩固她的地位，并将“制狱”处置的对象重点转向文武大臣。同时，对于阴阳之序、男女之教一套东西，武则天已恨之入骨，她决心彻底摆脱“臣妾”的地位，做一个名副其实的“女主”，向这套说教宣战。她想，既然吕后临朝总是受后人辱骂，那就不如名正言顺、光明正大地称皇帝，统治天下。人不敢为，我偏要为之。
早在光宅元年（公元684年）九月，武则天图谋帝业的野心已显露出来，被提拔为春官尚书的武则天之侄武承嗣提请太后追封武士为王，并立武氏七庙（此乃天子之礼），遭到裴炎等人的反对，武则天不听，还是按诸侯之礼在并州文水设武氏五代祠堂，追尊武士为王，其侄武三思等5人都升了官，武氏族人在朝堂中已形成了一股很强的外戚势力。同时，武则天开始打击李唐宗室势力。
